Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 미국의 단위는 영국과 같은걸 쓰는데 왜 같은 단위라도 영국과 미국은 서로 다를까요?
안녕하세요. 미국과 영국이 동일한 이름의 측정 단위를 사용하면서도 그 값이 다른 현상은 각기 다른 역사적 경로와 표준화 과정에서 기인합니다. 이러한 차이는 특히 액체의 부피를 측정하는 단위인 갤런에서 가장 두드러집니다. 미국에서는 약 3.785 리터를 나타내는 '미국 액체 갤런'을 사용하는 반면, 영국에서는 약 4.546 리터를 나타내는 '영국 갤런'을 사용합니다. 이와 같은 차이는 각 국가가 자체적으로 단위를 정의하고 표준화한 역사적 배경에 근거합니다. 미국과 영국 모두 초기에는 영국의 제국 단위 체계를 기반으로 하였지만, 미국 독립 후, 미국은 자체적인 표준을 개발하였고, 이는 19세기 말의 'Mendenhall Ordar'와 1893년의 '체계적인 단위법(System of United States customary units)'을 통해 정립되었습니다. 이러한 변화는 미국 내에서 사용되는 단위가 영국에서 사용되는 단위와 서서히 차이를 나타내기 시작했음을 의미합니다. 영국의 경우, 19세기 동안 여러번의 측정 개혁을 거쳐, 1960년대에 미터법으로의 전환을 시작하면서 다시 한번 주요 측정 단위가 변화하였습니다. 이 과정에서 영국은 '미터법화(Metrication)'를 추진하여 대부분의 공식적인 측정에서 미터법 단위를 사용하게 되었습니다. 반면, 미국은 여전히 기존의 제국 단위를 고수하고 있으며, 이로 인해 두 국가 간의 단위 사용에 있어 더욱 뚜렷한 차이가 발생하게 되었습니다. 따라서, 미국과 영국이 같은 이름의 단위를 사용하면서도 서로 다른 값을 가지게 된 원인은 각각의 단위 체계가 독립적으로 발전하고 표준화되었기 때문입니다.
Q. 여기 화분에 자라고 있는 3종류의 식물들 이름
안녕하세요. - 왼쪽 화분 : 이 식물은 '라벤더리아 레보리스(Ravenea rivularis)', 일반적으로 마제스틱 팜(Majestic palm)으로 알려져 있으며, 아레카 야자와 유사한 외관을 가지고 있지만 다른 특성을 가집니다. 큰 실내 공간이나 온실에서 자주 볼 수 있으며, 상대적으로 높은 수분과 빛을 요구합니다. - 가운데 화분 : '드라세나 드라코(Dracaena draco)', 일명 드래곤 트리는 매우 두꺼운 줄기와 끝이 뾰족한 잎이 특징입니다. 이 식물은 수백 년까지 살 수 있으며, 매우 천천히 자라는 특성을 가지고 있습니다. 드라세나 드라코는 그 특유의 수렴적 잎 배열과 줄기의 모습으로 인해 독특한 실루엣을 제공합니다. - 오른쪽 화분 : '인도고무나무(Ficus elastica)'로, 매끈하고 두꺼운 초록색 잎이 특징입니다. 인도고무나무는 공기 중의 독소를 흡수하는 능력이 뛰어나며, 실내에서 쉽게 관리할 수 있어 인기 있는 가정용 및 사무실용 식물입니다.
Q. 햇빛으로 간장을 덜 검게 만들 수 있을까요
안녕하세요. 1. 자외선에 의한 색소 분해 간장의 주요 색소인 멜라노이딘은 복ㅈ바한 고분자 구조를 가지며, 이들은 간장의 발효 과정 중에 형성됩니다. 자외선은 이러한 복잡한 유기 구조를 광분해(photodegradation)할 수 있는 에너지를 가지고 있습니다. 광분해 과정에서 멜라노이딘과 같은 새소가 반응하여 더 작고 반응성이 낮은 분자로 분해될 수 있으며, 이는 색의 변화 또는 퇴색을 초래할 수 있습니다. 이러한 현상은 광화학(photochemistry)의 원리에 따라 설명될 수 있으며, 일반적으로 빛에 민감한 화합물에서 관찰됩니다. 2. 식품의 안정성 및 품질 변화 강한 자외선에 노출될 경우, 간장의 품질에 미치는 영향은 색 변화뿐만 아니라 맛과 향에도 영향을 줄 수 있습니다. 자외선 노출은 간장 내 아미노산과 단백질의 구조적 변화를 유발할 수 있으며, 이는 간장의 맛과 향의 기초가 되는 화학적 성분의 변화로 이어질 수 있습니다. 또한, 간장의 안정성이 감소하여 미생물의 성장을 촉진시킬 수 있으며, 이는 식품의 안정성을 저하시키는 결과를 낳을 수 있습니다.
Q. 원자의 대부분은 빈공간입니다. 그럼에도 물체가 보이는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 원자의 구성 대부분이 빈 공간으로 이루어져 있음에도 불구하고 물체가 우리 눈에 보이는 현상은 물리학에서 전자기 상호작용의 결과로 설명됩니다. 물체가 빛을 반사하거나 산란시키는 과정에서 발생하는 현상은 전자기파(빛)가 원자의 전자와 상호작용하면서 일어납니다. 이러한 상호작용은 물체의 물리적 구조와 깊이 연결되어 있으며, 원자 수준에서의 전자와 빛의 동적인 상호작용을 통해 설명드리겠습니다. - 전자기파의 산란 : 빛은 전자기파의 한 형태로, 물체에 도달했을 때 원자의 전자와 상호작용합니다. 이 상호작용으로 인해 빛의 일부가 산란되고, 이 산란된 빛이 우리 눈으로 들어올 때 물체를 볼 수 있습니다. 특히, 물체의 원자가 전자기파를 어떻게 산란시키는지는 그 물체의 화학적 조성과 구조에 따라 달라집니다. - 전자의 에너지 상태 변화 : 빛의 에너지를 받은 전자는 더 높은 에너지 상태로 이동할 수 있습니다(여기 상태). 이후, 전자가 원래의 에너지 상태로 돌아올 때 에너지를 방출하게 되는데, 이 과정에서 발생하는 빛 역시 물체가 보이는데 기여합니다. 이는 특정 파장의 빛이 특징적으로 흡수되거나 방출되는 현상을 통해 물체의 색을 결정집니다. - 빛의 반사와 굴절 : 물체의 표면에서 빛이 반사되거나 물체를 통과하면서 굴절될 때, 이 빛의 경로 변경도 물체가 눈에 보이는 원인이 됩니다. 물체의 표면 구조와 물질의 광학적 성질이 어떻게 빛을 반사하고 굴절시키는지는 물체가 어떻게 보이는지에 중요한 역할을 합니다. 이와 같은 현상은 고전적인 물리이론과 양자역학의 원리를 모두 사용하여 설명될 수 있습니다. 물체의 물리적, 화학적 속성과 그 구조가 어떻게 빛과 상호작용하는지에 대한 이해는, 광학과 재료 과학에서 중요한 연구 주제입니다.
Q. 시뮬레이션을 할 때 물리 법칙은 어떻게 적용이 되는지 궁금합니다
안녕하세요. 컴퓨터 시뮬레이션에서 물리 법칙의 적용은 본질적으로 수학적 모델링과 알고리즘의 구현을 통해 이루어집니다. 이 과정은 물리적 현상을 정량적으로 이해하고자 하는 물리학의 목표와 컴퓨터 과학의 계산 능력을 통합하는 접점에서 발생합니다. 시뮬레이션을 구현하는 단계는 먼저 관련 물리 법칙을 수학적 방정식으로 전환하는 것으로 시작합니다. 이 방정식들은 물리계의 동적인 행동을 기술하며, 대부분 미분방정식의 형태로 표현됩니다. 수치 해석 방법은 이러한 방정식을 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 변환하는데 사용됩니다. 특히, 미분방정식을 이산화하여 단계별로 근사치를 계산하는 방식이 널리 사용됩니다. 이 과정에서 오일러법(Euler method), 룽게-쿠타법(Runge-Kutta methods) 또는 핀이트 엘리먼트법(Finite Element Method ; FEM)과 같은 알고리즘이 적용되며, 이들은 시간이나 공간에 따른 물리계의 변화를 단계적으로 시뮬레이션합니다. 이후, 이러한 수치적 근사를 통해 얻어진 데이터는 프로그래밍 언어로 작성된 소프트웨어에 구현되어 시뮬레이션을 실행합니다. 이 소프트웨어는 사용자로부터 초기 조건, 경계 조건 및 기타 필요한 물리적 매개변수를 입력받아 계산을 수행하고, 결과를 시각적으로 표현할 수 있습니다. 이러한 컴퓨터 기반의 시뮬레이션 기술은 자연과학뿐만 아니라 공학, 의학, 경제학 등 다양한 분야에서 복잡한 시스템의 행동을 예측하고 분석하는데 핵심적인 역할을 합니다. 유체역학에서는 공기 역학적 설계를 최적화하기 위해, 의학에서는 인체 내 약물의 확산 과정을 모델링하기 위해 이러한 기술이 활용됩니다.